СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ФИЛЬТРАТА ПОЛИГОНА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ И ЗОЛЫ Российский патент 2012 года по МПК C04B28/00 C04B18/30 C04B18/18 

Изобретение относится к области обезвреживания отходов и их утилизации и может быть использовано при производстве строительных материалов.

В настоящее время переработка твердых бытовых отходов (ТБО) осуществляется различными способами, например, существуют 1) мусоросортировочные предприятия, позволяющие выделять из сухих отходов продукты, которые можно использовать для последующей переработки (полиэтилен, пластик, цветные и черные металлы, гофрокартон, бумага и т.д.), 2) различные варианты мусоросжигающих заводов, 3) захоронения ТБО на полигонах.

Просачивание дождевой и талой воды в местах захоронения твердых отходов через их слой приводит к экстрагированию химических веществ, входящих в состав отходов или образующихся при их разложении. В настоящее время жидкие стоки концентрируют, что приводит к образованию фильтрата с высоким содержанием растворимых азото- и фосфорсодержащих соединений аэробного разложения отходов (табл.1) и тяжелых металлов (табл.2). Состав фильтрата исключает его сброс, а его накопление ограничено значительным объемом, а также химической и биологической активностью примесей.

С другой стороны, проблемой является утилизация различных видов золы, включая золу, образующуюся при сжигании твердых бытовых отходов, и золу-унос сжигания топлива тепловых станций. Отмеченные виды золы представляют собой высокодисперсные частицы близкого химического состава (табл.3).

Из уровня техники известны различные способы очистки фильтрата полигона ТБО и утилизации золы.

Из RU 2400437 C1, кл. C02F 9/06, 27.09.2010, известен способ очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов, включающий стадии усреднения фильтрата, щелочной обработки фильтрата известью с последующей реагентной нормализацией pH фильтрата с помощью водных отработанных травильных растворов металлообрабатывающих предприятий, содержащих FeCl₂ или FeSO₄, с концентрацией 17-25 мас.% при удельном расходе 1,0-5,0 миллиграмм на 1 литр фильтрата, барботаж фильтрата, отдувку аммиака и биогенных соединений и электрофлотокоагуляцию фильтрата, после которой очищенный фильтрат направляют в пруд-испаритель.

Из RU 2325240 C2, кл. B09B 1/00, 27.05.2008, известен способ сбора, очистки и отвода фильтрата и биогаза на полигоне твердых бытовых и промышленных отходов, который включает сооружение многослойного противофильтрационного экрана с дренажным прослоем, сбор, очистку и отвод фильтрата. На поверхности нижнего водоупорного слоя экрана размещают слой отходов, поверх которого укладывают дренажный прослой с расположенными в нем дренами и верхний фильтрующий слой экрана с проницаемостью, обеспечивающей пропуск среднегодового слоя фильтрата при напорах 2-2,5 м, на который укладывают отходы. Сбор и очистку фильтрата осуществляют в двух накопительных емкостях, образованных в поровом пространстве слоев отходов, расположенных выше и ниже верхнего слоя экрана. Накапливающийся в нижнем слое отходов фильтрат и биогаз отводят через дрены в дренажном прослое. Дрены в дренажном прослое оборудуют компенсаторами угловых и линейных перемещений.

Из RU 2294905 C2, кл. C04B 20/04, 10.03.2007, известен способ утилизации золы, при котором смешивают 40-60 мас.% золы, 10-20 мас.% компонента на основе оксида кремния состава SiO₂ - 50-75%, Al₂O₃ - 5-30%, Na₂O - 5-20%, CaO - 1-10%, 20-40 мас.% кислотного компонента, из полученной смеси формируют гранулы, опудривают их дисперсным огнеупорным материалом, подсушивают и проводят термообработку гранул в две стадии: в течение 10-30 мин при температуре 400-600°С и в течение 1-20 мин при температуре 870-950°С. Полученные нетоксичные гранулы могут быть захоронены без ущерба для окружающей среды или использованы в качестве заполнителя для строительных материалов.

Известные способы утилизации сложны и не предусматривают одновременную утилизацию фильтрата ТБО и золы.

Задачей заявленного изобретения является повышение экологической безопасности за счет одновременной утилизации фильтрата ТБО и золы и получение устойчивого к внешним воздействиям экологически безопасного продукта.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается упрощении процесса утилизации и снижении загрязнения окружающей среды.

Для достижения заявленного технического результата предлагается способ утилизации фильтрата полигона твердых бытовых отходов и золы, заключающийся в том, что смешивают фильтрат и золу, при этом на 100 массовых частей фильтрата вводят более 150 массовых частей золы, а затем после окончания газовыделения связывают их составом для капсулирования, включающим цемент в количестве 50-100 массовых частей и дополнительно песок в количестве 3-30 массовых частей на 100 массовых частей фильтрата.

В состав для капсулирования может быть дополнительно включена гуминовая кислота в количестве 15-30 массовых частей на 100 массовых частей фильтрата.

В качестве золы используют золу сжигания твердых отходов или золу-унос сжигания топлива.

Предпочтительное содержание золы от 180 до 250 массовых частей.

При капсулировании может быть использован цемент марки М-200.

Для решения поставленной задачи производят комплексную переработку образующегося на месте захоронения твердых отходов фильтрата и золы различного происхождения, включая золу сжигания твердых бытовых отходов и золу-унос сжигания топлива тепловых станций. Для исключения недостатков существующих способов переработки фильтрата предлагается способ, связанный с его обработкой золой. Снижение содержание растворимых примесей фильтрата достигается при его смешении с золой. Состав частиц золы обеспечивает протекание на их поверхности химических реакций нейтрализации входящих в состав фильтрата азото- и фосфорсодержащих продуктов аэробного разложения отходов. Высокая пористость частиц золы приводит к сорбции растворимых продуктов реакции нейтрализации и других растворимых примесей фильтрата. Очищенный фильтрат и частицы золы, содержащие сорбированные различные примеси фильтрата, обрабатывают цементом и песком с получением бетона. Вымывание из частиц золы сорбированных тяжелых металлов исключили введением в состав бетона гуминовой кислоты. Способ переработки фильтрата и золы обеспечивает получение монолита для захоронения или материала строительного назначения.

Химический состав золы обеспечивает протекание реакция нейтрализации азото- и фосфорсодержащих соединений фильтрата. Продуктом нейтрализации азотосодержащих соединений является летучий аммиак и растворимые соединения. Химические примеси на поверхности частиц золы играют роль катализатора, что обеспечивает высокую скорость реакция нейтрализации азото- и фосфорсодержащих соединений фильтрата. Растворимые продукта реакции разложения азото- и фосфорсодержащих соединений и присутствующие в фильтрате растворимые примеси различной химической природы, которые не участвуют в реакции нейтрализации, адсорбируются высокопористыми частицами золы.

Очищенный фильтрат и частицы золы, содержащие сорбированные продукты реакции нейтрализации и растворимые примеси фильтрата, обрабатываются смесью цемента и песка, что обеспечивает их капсулирование бетоном. При этом достигается получение порошка или монолитного образования, которые складируются или используются при строительстве дорог и других сооружений. Исключение экстрагирования из частиц золы тяжелых металлов при действии на бетон воды достигается введением в состав бетона гуминовой кислоты, которая сорбируется на поверхности частиц золы с образованием монолитного покрытия, исключающего диффузию тяжелых металлов из объема частиц.

Заявленный способ поясняется приведенными ниже примерами. При этом примеры 1-3 не включают операцию капсулирования.

Пример 1.

В 100 мас. частей фильтрата вводилось 150 мас. частей золы сжигания твердых бытовых отходов. Определение состава выделяющихся газов показало, что процесс смешения сопровождается интенсивным образованием аммиака. Аммиак собирали в отдельном сосуде, заполненном водой, и определяли его содержание согласно требованию ГОСТ 29237-91. Определение содержания аммиака. Титрометрический метод. Установлено 82% снижение содержание азота в фильтрате. Содержание фосфорсодержащих соединений в фильтрате выполняли по ГОСТ Р 51023-97. Группа У29. Методы определения фосфорсодержащих соединений. Было установлено 68% снижение таких соединений в обработанном фильтрате. Образуется осадок из частиц золы сжигания твердых бытовых отходов, насыщенных растворимыми продуктами реакции нейтрализации и растворимыми примесями фильтрата. Частицы имеют низкую способность удерживать в своем объеме поглощенные вещества.

Пример 2.

В отличие от примера 1 использовали золу-унос сжигания топлива тепловых станций. Получено 87% снижение содержания в фильтрате азотосодержащих соединений и 92% снижение содержания фосфорсодержащих соединений. Образуется осадок из частиц золы-уноса сжигания топлива тепловых станций, насыщенных растворимыми продуктами нейтрализации и растворимыми примесями фильтрата. Частицы имеют низкую способность удерживать в своем объеме поглощенные вещества.

Пример 3.

В 100 мас. частей фильтрата вводилось 170 мас. частей золы сжигания твердых бытовых отходов или золы-уноса сжигания топлива тепловых станций. При таком отношении компонентов достигается 100% уменьшение содержания азотосодержащих и фосфорсодержащих соединений. Образуется осадок из частиц золы сжигания твердых бытовых отходов или золы-уноса сжигания тепловых станций, насыщенных растворимыми продуктами нейтрализации и растворимыми примесями фильтрата. Частицы имеют низкую способность удерживать в своем объеме поглощенные вещества.

Пример 4.

То же, что в примерах 1-3, но после окончания выделения газообразных продуктов добавляли цемент марки М-200. Содержание цемента 25 мас. частей на 100 мас. частей фильтрата. Наблюдение - выпадение осадка в виде порошка. Введение цемента приводит к формированию оболочки цемента на поверхности частиц золы сжигания бытовых отходов или золы-уноса сжигания топлива тепловых станций, насыщенных продуктами нейтрализации и примесями фильтрации. Формирование оболочки цемента на поверхности частиц приводит к капсулированию поглощенных веществ. Образуется порошок, который используется при строительстве дорог и сооружений, отсыпки откосов дорог и мест захоронения промышленных и бытовых отходов.

Пример 5.

То же, что в примерах 1-3, но для обработки фильтрата и золы использовали смесь цемента марки М-200 и песка в пропорции на 100 мас. частей цемента 50 мас. частей песка. Формируется монолит, в объеме которого находятся частицы золы сжигания твердых бытовых отходов или золы-уноса сжигания топлива тепловых станций, насыщенных продуктами нейтрализации и примесями фильтрата. Капсулирование частиц золы сжигания или золы-уноса исключает выделение поглощенных веществ. Монолит используется для засыпки рвов, отсыпки откосов дорог.

Пример 6.

То же, что в примерах 1-3, но для обработки фильтрата и частиц золы использовали смесь цемента марки М-200 и гуминовую кислоту в количестве 17 мас. частей на 100 мас. частей фильтрата. Формируется монолит, в объеме которого находятся частицы золы сжигания твердых бытовых отходов или золы-уноса сжигания топлива тепловых станций, насыщенных продуктами нейтрализации и примесями фильтрата. Степень капсулирования частиц золы или частиц золы-уноса подтверждается следующим экспериментом. Полученный монолит, монолит без использования гуминовой кислоты и частицы золы после их смешения с фильтратом согласно примерам 1-3 подвергли действию кипящей воды в течение 3 месяцев. Для золы различного происхождения наблюдалась 100% экстрагирование тяжелых металлов. Для монолита без использования гуминовой кислоты экстрагирование составило 72%. При использовании в составе бетона гуминовой кислоты исключили экстрагирование тяжелых металлов.

Таблица 1 Основные компоненты фильтрата № Вещества Количество, мг/л 1 Азот аммонийный 5250 2 Аммоний-ион 6760 3 Азот общий 5250 4 Кальций 412 5 Магний 521 6 Фосфат-ион 204

Таблица 2 Содержание тяжелых металлов в фильтрате № Вещества Количество, мг/л 1 Ванадий 173,4 2 Железо 17,4 3 Кадмий 3,77 4 Кобальт 29,2 5 Марганец 405,5 6 Медь 35,9 7 Мышьяк 38,4 8 Свинец 51,0 9 Сурьма 18,9 10 Хром 69,3 11 Цинк 415,0 12 Стронций 172,8 13 Олово 4,3 14 Селен 1,1

Таблица 3 Характеристики золы сжигания БТО и золы-уноса Наименование показателя Единица измерения Значение Внешний вид   Пылеобразная масса Насыпная плотность г/куб. см 1,1-1,2 Влажность % 1,14 рН   12,2

Изобретение относится к области обезвреживания отходов и их утилизации и может быть использовано при производстве строительных материалов. Способ утилизации фильтрата полигона твердых бытовых отходов и золы заключается в том, что смешивают фильтрат и золу, при этом на 100 массовых частей фильтрата вводят более 150 массовых частей золы, а затем после окончания газовыделения связывают их составом для капсулирования, включающим цемент в количестве 50-100 массовых частей и дополнительно песок в количестве 3-30 массовых частей на 100 массовых частей фильтрата. Технический результат - упрощение процесса утилизации и снижение загрязнения окружающей среды. 5 з.п. ф-лы, 3 табл., 6 пр.

1. Способ утилизации фильтрата полигона твердых бытовых отходов и золы, заключающийся в том, что смешивают фильтрат и золу, при этом на 100 мас. ч. фильтрата вводят более 150 мас. ч. золы, а затем после окончания газовыделения связывают их составом для капсулирования, включающим цемент в количестве 50-100 мас. ч. и дополнительно песок в количестве 3-30 мас. ч. на 100 мас. ч. фильтрата.

2. Способ утилизации по п.1, отличающийся тем, что состав для капсулирования дополнительно включает гуминовую кислоту в количестве 15-30 мас. ч. на 100 мас. ч. фильтрата.

3. Способ утилизации по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют золу сжигания твердых отходов.

4. Способ утилизации по п.1, отличающийся тем, что в качестве золы используют золу - уноса сжигания топлива.

5. Способ утилизации по п.1, отличающийся тем, что предпочтительное содержание золы от 180 до 250 мас. ч.

6. Способ утилизации по п.1, отличающийся тем, что используют цемент марки М-200.